混合鍵合與微凸塊的差異:間距、連接密度、平坦度比較
兩者都是以大量端子在垂直方向連接晶片與晶片、或晶片與晶圓的技術。微凸塊是熔化附著在銅柱前端等處的少量焊料來接合,因此需要保留間隔,以免焊料溢出而與相鄰端子相連,間距約為數十 µm。混合鍵合不使用焊料,而是將研磨平整的銅電極與介電膜的表面直接接合,因此間距可小於 10 µm,連接密度可提高好幾個數量級。但相對地,接合面需要奈米等級的平坦度與潔淨度。
| 項目 | 混合鍵合 | 微凸塊 |
|---|---|---|
| 接合方式 | 將銅電極與銅電極、介電膜與介電膜以面直接接合 | 將附著在銅柱等處的焊料凸塊加熱接合 |
| 焊料 | 不使用 | 使用 |
| 連接間距的大致範圍 | 小於 10 µm。可縮小到數 µm | 數十 µm。最窄約 20 µm 左右 |
| 連接密度(每 1 mm²) | 約 1 萬(10 µm 間距)至十數萬(3 µm 間距) | 數百(40 µm 間距)至數千(20 µm 間距) |
| 表面平坦度、潔淨度 | 需要奈米等級的平坦度。即使是微小的微粒,也會形成無法接合的空洞 | 焊料可吸收高度的差異,因此要求沒有那麼嚴格 |
| 晶片之間 | 沒有間隙,不需要底部填充膠 | 會產生間隙,以底部填充膠或樹脂膜填補 |
| 主要製程 | 以 CMP 平坦化 → 清洗、以電漿活化 → 對位後貼合 → 退火(典型為數百 ℃)使銅與銅接合 | 以電鍍形成凸塊 → 對位 → 以熱壓接合(TCB)或回焊接合 → 底部填充 |
| 接合的單位 | 晶圓對晶圓,或晶片對晶圓 | 以晶片為單位(晶片對晶圓、晶片對晶片)為主 |
| 電氣特性 | 接合部極短,寄生電容小。傳輸 1 位元所需的能量小 | 凸塊使寄生電容較大,比混合鍵合不利 |
| 主要用途 | 堆疊式影像感測器、在處理器上方堆疊快取用 SRAM 等 | HBM 的 DRAM 堆疊、中介層上晶片的連接等 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。